Luận Án Tiến Sĩ Nghiên Cứu Xây Dựng Chuẩn Đo Lường Quốc Gia Lĩnh Vực Góc

Luận án tiến sĩ nghiên cứu xây dựng chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc, đảm bảo độ chính xác và ứng dụng trong khoa học kỹ thuật.

• Tác giả: Bùi Quốc Thụ
• Người hướng dẫn: PGS. Vũ Khánh Xuân
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Xây Dựng Chuẩn Đo Lường Quốc Gia Trong Lĩnh Vực Góc
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHUẨN ĐO LƯỜNG QUỐC GIA LĨNH VỰC GÓC
• 1.1. Góc và chuẩn đo lường góc
• 1.1.1. Khái niệm về góc
• 1.1.2. Hệ thống chuẩn đo lường
• 1.1.3. Hệ thống chuẩn đo lường
• 1.1.4. Các dạng chuẩn góc nhỏ
• 1.1.5. Ống tự chuẩn trực ( Autocollimator)
• 1.1.6. Thước sin (Sine bar)
• 1.1.7. Chuẩn góc dạng căn mẫu
• 1.1.8. Chuẩn góc toàn vòng
• 1.1.9. Chuẩn góc toàn vòng dạng đĩa chia độ mã hóa (Rotary Encoder – RE)
• 1.1.10. Hiệu chuẩn chuẩn, phương tiện đo
• 1.1.11. Độ không đảm bảo đo
• 1.2. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại một số quốc gia trên thế giới
• 1.2.1. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện Quốc gia về chuẩn và công nghệ Mỹ (NIST)
• 1.2.2. Hệ thống chuẩn đo lường lĩnh vực góc của PTB
• 1.2.3. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của INRIM
• 1.2.4. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của NMIJ
• 1.2.5. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của Viện đo lường Trung Quốc
• 1.3. Chuẩn góc toàn vòng
• 1.3.1. Chuẩn góc toàn vòng kiểu cơ
• 1.3.2. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng laser vòng
• 1.3.3. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ mã hóa góc quay
• 1.3.4. Phương pháp đảm bảo đo lường chuẩn góc toàn vòng
• 1.4. Bộ tạo góc nhỏ
• 1.4.1. Mô hình lý thuyết. Các nguyên lý tạo góc nhỏ
• 1.4.2. Phân tích nguyên lý tạo góc nhỏ
• 1.4.3. Một số bộ tạo góc nhỏ
• 1.5. Thực trạng chuẩn đo lường góc tại Việt Nam và nội dung nghiên cứu của luận án
• 1.5.1. Hiện trạng chuẩn đo lường lĩnh vực góc tại Việt Nam
• 1.5.2. Đề xuất mô hình chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại Việt Nam
• 1.5.3. Nội dung nghiên cứu
• 2. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GÓC TOÀN VÒNG
• 2.1. Nguyên lý, phương pháp tạo chuẩn góc toàn vòng bằng đĩa chia độ kiểu gia số
• 2.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số
• 2.3. Nghiên cứu giải pháp giảm thiểu sai số chuẩn góc toàn vòng gia số
• 2.4. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số
• 2.5. Thiết kế, chế tạo chuẩn góc toàn vòng gia số
• 2.6. Đánh giá độ chính xác chuẩn toàn vòng gia số
• 2.7. Kết luận chương hai
• 3. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CHUẨN GÓC NHỎ
• 3.1. Cơ sở lý thuyết xây dựng chuẩn góc nhỏ
• 3.2. Nghiên cứu, xây dựng phương pháp tạo góc nhỏ
• 3.3. Nghiên cứu ước lượng độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ
• 3.4. Nghiên cứu, tính toán xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo của bộ tạo góc nhỏ
• 3.5. Nghiên cứu phương pháp đo chính xác độ dài cánh tay đòn
• 3.6. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, tích hợp bộ tạo góc nhỏ
• 3.7. Đánh giá bộ tạo góc nhỏ bằng phương pháp so sánh liên phòng
• 3.8. Kết luận chương ba
• 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG CHUẨN ĐO LƯỜNG QUỐC GIA LĨNH VỰC GÓC
• 4.1. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc
• 4.2. Dẫn xuất chuẩn đo lường lĩnh vực góc
• 4.3. Xây dựng phương pháp hiệu chuẩn sử dụng chuẩn đo lường góc được thiết lập
• 4.4. Kết luận chương bốn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

Tóm tắt

I. Tính Cấp Thiết Của Đề Tài Luận Án Nghiên Cứu

Đề tài luận án nghiên cứu về chuẩn đo lường quốc gia trong lĩnh vực góc có tính cấp thiết cao. Góc là đại lượng đo quan trọng trong nhiều ngành kỹ thuật như cơ khí chính xác, điều khiển tự động, và xây dựng. Độ chính xác của các thiết bị đo góc đã tăng lên đáng kể trong hai thập kỷ qua, với yêu cầu ngày càng cao từ quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Xu hướng toàn cầu hóa cũng thúc đẩy nhu cầu thống nhất hệ thống chuẩn đo lường quốc gia. Việc thiết lập hệ thống chuẩn đo lường quốc gia trong lĩnh vực góc không chỉ đảm bảo độ chính xác cho các thiết bị mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ trong nền kinh tế. Nhu cầu hiệu chuẩn và đảm bảo độ chính xác cho các chuẩn và thiết bị đo góc ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt trong bối cảnh thiếu hụt về chuẩn và thiết bị đo trong nước.

II. Tổng Quan Về Hệ Thống Chuẩn Đo Lường Quốc Gia Lĩnh Vực Góc

Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia trong lĩnh vực góc bao gồm nhiều thành phần và phương pháp khác nhau. Các chuẩn góc hiện có được phân loại thành chuẩn góc nhỏ và chuẩn góc toàn vòng. Các thiết bị như ống tự chuẩn trực và thước sin là những công cụ quan trọng trong việc đo lường góc. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia của các nước tiên tiến như Mỹ (NIST) và Đức (PTB) đã phát triển mạnh mẽ, với độ chính xác có thể đạt đến 0,005 giây. Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống chuẩn đo lường quốc gia trong lĩnh vực góc tại Việt Nam là cần thiết để nâng cao khả năng cạnh tranh và đáp ứng nhu cầu trong nước.

III. Cơ Sở Phương Pháp Xây Dựng Chuẩn Góc Toàn Vòng

Phương pháp xây dựng chuẩn góc toàn vòng dựa trên nguyên lý và các phương pháp hiệu chuẩn hiện đại. Việc sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số và các phương pháp đọc vạch chia là những kỹ thuật quan trọng trong quá trình này. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của chuẩn góc toàn vòng là cần thiết để giảm thiểu sai số. Các phương pháp như hiệu chuẩn chéo và nhiều đầu đọc cũng được áp dụng để nâng cao độ chính xác. Việc xây dựng phương pháp tự hiệu chuẩn chuẩn góc toàn vòng gia số là một bước tiến quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của các phép đo.

IV. Thực Trạng Chuẩn Đo Lường Góc Tại Việt Nam

Thực trạng chuẩn đo lường góc tại Việt Nam cho thấy nhiều thách thức trong việc đảm bảo độ chính xác và tính đồng bộ của các chuẩn. Hiện nay, nhiều chuẩn góc phải được mang đi hiệu chuẩn tại các viện đo lường nước ngoài, gây tốn kém và ảnh hưởng đến khả năng chủ động trong việc sử dụng chuẩn. Việc xây dựng hệ thống chuẩn đo lường quốc gia trong lĩnh vực góc là cần thiết để nâng cao năng lực nghiên cứu và phát triển công nghệ đo lường trong nước. Các viện đo lường quốc gia trong khu vực như Thái Lan và Indonesia đã có những bước tiến trong việc nâng cao độ chính xác của hệ thống chuẩn, điều này cũng là một bài học quý giá cho Việt Nam.

V. Đánh Giá Độ Chính Xác Chuẩn Toàn Vòng Gia Số

Đánh giá độ chính xác của chuẩn toàn vòng gia số là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Việc áp dụng các phương pháp tự hiệu chuẩn và so sánh vòng giúp xác định độ chính xác của chuẩn. Các kết quả đo được so sánh với các tiêu chuẩn quốc tế như KRISS để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị trong việc phát triển hệ thống chuẩn đo lường quốc gia mà còn góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ trong lĩnh vực kỹ thuật.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Góc phẳng là đại lượng đo lường thuộc lĩnh vực đo lường độ dài, đóng vai trò thiết yếu trong các ngành kỹ thuật như cơ khí chính xác, điều khiển tự động, trắc đạc, giao thông, xây dựng và thiên văn học. Trong vòng 20 năm qua, độ chính xác của các thiết bị đo góc trên thế giới đã tăng lên khoảng mười lần. Trong hệ thống đơn vị đo lường quốc tế SI, đơn vị đo góc (radian) là đơn vị dẫn xuất và tại Việt Nam đại lượng này được quy định quản lý theo Nghị định số 86/2012/NĐ-CP về đơn vị đo lường pháp định.

Xuất phát từ thực tế, Viện Đo lường Việt Nam (VMI) chỉ được trang bị một số chuẩn góc đơn lẻ như đa diện quang học 24 mặt, 36 mặt, ống tự chuẩn trực và bộ căn mẫu góc. Các trang thiết bị này chỉ đáp ứng được một phần nhu cầu hiệu chuẩn thông thường và hàng năm phải gửi đi hiệu chuẩn tại các viện đo lường quốc gia nước ngoài (như Viện Nghiên cứu Chuẩn và Khoa học Hàn Quốc - KRISS hoặc Viện Đo lường Quốc gia Trung Quốc - NIM). Điều này làm tiêu tốn kinh phí ngoại tệ và khiến công tác duy trì, dẫn xuất chuẩn góc trong nước ở thế bị động. Trong khi đó, các viện đo lường quốc gia phát triển trên thế giới không công bố công khai các tài liệu tính toán, thiết kế và chế tạo chuẩn góc đầu quốc gia. Do đó, việc nghiên cứu thiết lập hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc phẳng tại Việt Nam là một nhiệm vụ khoa học kỹ thuật cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm hai nội dung chính:

1. Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và kỹ thuật để xây dựng hệ thống thiết bị đo thực hiện chức năng chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc phẳng.
2. Đảm bảo năng lực hiệu chuẩn cho các chuẩn góc có độ chính xác thấp hơn và phương tiện đo góc, đáp ứng nhu cầu của các cơ sở sản xuất, nghiên cứu khoa học trên phạm vi cả nước.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Các phương pháp xây dựng chuẩn góc toàn vòng và bộ tạo góc nhỏ phù hợp với điều kiện công nghệ tại Việt Nam; phương pháp duy trì, tự hiệu chuẩn và dẫn xuất chuẩn đo lường góc từ cấp quốc gia xuống các chuẩn và phương tiện đo cấp dưới.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Nghiên cứu, chế tạo chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số có giá trị độ phân giải đạt $0,1''$, độ không đảm bảo đo mở rộng $U = 0,3''$.
  • Nghiên cứu, chế tạo bộ tạo góc nhỏ theo nguyên lý sin kết hợp giao thoa kế laser trong phạm vi đo $\pm 30'$, độ không đảm bảo đo mở rộng $U = (0,1 \sim 0,3)''$ (kết quả thực nghiệm đạt $U = 0,08''$).
  • Tích hợp hai khối thiết bị thành hệ thống chuẩn đo lường quốc gia, xây dựng quy trình hiệu chuẩn và so sánh liên phòng quốc tế với KRISS.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan các công trình nghiên cứu và cấu trúc hệ thống chuẩn đo lường góc tại các Viện Đo lường Quốc gia (NMIs) trên thế giới:

• Viện Chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST): Sử dụng hệ thống AAMACS (Advanced Automated Master Angle Calibration System) thuộc loại chuẩn góc toàn vòng kiểu cơ khí, gồm 3 đĩa chia độ dạng bánh răng đồng trục ($Z_1 = 729$, $Z_2 = 832$, $Z_3 = 625$ răng). Hệ thống tạo ra $379.080.000$ vị trí góc trong một vòng, đạt độ phân giải $r = 0,0034''$ và độ không đảm bảo đo $U = 0,02''$.
• Cục Vật lý Kỹ thuật Đức (PTB): Phát triển thiết bị so sánh góc WMT 220 (Master rotary encoder) sử dụng đĩa chia độ quang học kiểu gia số có $2^{18} = 262.114$ vạch chia, bộ nội suy 12 bit ($4096$), đạt độ phân giải $r = 0,0012''$ và độ không đảm bảo đo $U = 0,0047''$. PTB áp dụng phương pháp tự hiệu chuẩn kết hợp biến đổi Fourier rời rạc (DFT) và phương pháp hiệu chuẩn chéo với 16 đầu đọc phân bố theo các góc chia đôi liên tiếp từ $45^\circ$ xuống $2,81^\circ$.
• Viện Nghiên cứu Đo lường Quốc gia Ý (INRIM): Sử dụng thiết bị laser vòng (Ring Laser Mod. G-1L của ZG Optique) làm chuẩn đo lường quốc gia với độ không đảm bảo đo $U = 0,1''$.
• Viện Đo lường Quốc gia Nhật Bản (NMIJ/AIST): Xây dựng hệ thống gồm 3 cụm chuẩn: cụm chuẩn hiệu chuẩn thiết bị mã hóa góc quay (RE) gồm 3 đĩa chia độ gia số đồng trục ($U = 0,01''$); bộ tạo góc nhỏ nguyên lý thước sin ($U = 0,03''$ trong phạm vi $\pm 10''$ và $U = 0,1''$ trong dải $\pm 10'' \sim \pm 1000''$); hệ thống hiệu chuẩn đa diện góc sử dụng đĩa chia độ gia số ($U = 0,03''$).
• Viện Đo lường Quốc gia Trung Quốc (NIM): Sử dụng bàn chia độ chuẩn đo góc phẳng phạm vi $360^\circ$ ($U = 0,12''$) và bộ tạo góc nhỏ dùng giao thoa kế laser Renishaw dải đo $\pm 1^\circ$ ($U = 0,05''$).
• Khu vực Đông Nam Á: Viện Đo lường Quốc gia Thái Lan (NIMT) và Viện Đo lường Quốc gia Indonesia (KIM-LIPI) trang bị các hệ thống đo góc nhập khẩu từ Nhật Bản đạt độ chính xác từ $0,05''$ đến $0,2''$.

Viện Đo lường Quốc gia	Loại chuẩn góc chính	Đặc trưng kỹ thuật chính	Độ không đảm bảo đo ($U$)
NIST (Mỹ)	Chuẩn cơ khí AAMACS (3 đĩa răng)	$Z_1=729, Z_2=832, Z_3=625$; $r = 0,0034''$	$0,02''$
PTB (Đức)	Đĩa quang gia số WMT 220	$262.114$ vạch, nội suy 12 bit; $r = 0,0012''$	$0,0047''$
INRIM (Ý)	Laser vòng (Ring Laser G-1L)	Đo tần số phách quang học	$0,1''$
NMIJ (Nhật Bản)	Đĩa gia số và Bộ tạo góc nhỏ sin	3 đĩa gia số; Bộ tạo góc nhỏ quang cơ	$0,01'' \sim 0,1''$
NIM (Trung Quốc)	Bàn chia độ và Giao thoa kế Renishaw	Bàn quay $360^\circ$; Giao thoa kế laser dải $\pm 1^\circ$	$0,05'' \sim 0,12''$

Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết: Các hệ thống thuần cơ khí (như NIST) hoặc laser vòng (như INRIM) đòi hỏi công nghệ gia công cơ khí đặc thù, chi phí rất lớn và phức tạp trong quy trình tự hiệu chuẩn. Luận án lựa chọn hướng tiếp cận kết hợp giữa chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ gia số (Incremental Rotary Encoder) và bộ tạo góc nhỏ kiểu cơ quang theo nguyên lý sin. Luận án giải quyết bài toán tự hiệu chuẩn đĩa chia độ bằng phương pháp trung bình phân đoạn bằng nhau (EDA) và bài toán xác định khoảng cách tâm ảo cánh tay đòn trong bộ tạo góc nhỏ bằng cảm biến quang học CCD kết hợp giao thoa kế laser.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng trên nền tảng các lý thuyết và mô hình tính toán hình học, quang học và đo lường học:

• Khái niệm góc và chuẩn tự nhiên: Góc phẳng $\theta$ được định nghĩa bằng tỷ số giữa chiều dài cung $s$ và bán kính $r$ ($\theta = s/r$). Vòng tròn khép kín có độ lớn $2\pi\text{ rad}$ ($360^\circ$) không chứa sai số, được sử dụng làm chuẩn tự nhiên (Natural Etalon) để xây dựng phương pháp tự hiệu chuẩn.
• Phương pháp trung bình phân đoạn bằng nhau (EDA - Equal Division Average): Áp dụng nguyên lý vòng tròn khép kín cho hệ thống bố trí nhiều đầu đọc. Sai số tích lũy của từng vạch chia $a_i$ thỏa mãn điều kiện $\sum_{i=1}^{N_G} a_i = 0$, cho phép phân tách và bù trừ các thành phần sai số vị trí vạch chia, sai số lệch tâm $e$ và sai số nghiêng đĩa $\gamma$.
• Mô hình bộ tạo góc nhỏ theo nguyên lý sin: Giá trị góc nhỏ $\theta$ được xác lập dựa trên chuyển động quay của cánh tay đòn độ dài $L$ khi chịu độ dịch chuyển thẳng $h$: $$\theta = \arcsin\left(\frac{h}{L}\right) \approx \frac{h}{L}$$
• Khung đánh giá độ không đảm bảo đo: Thực hiện theo tiêu chuẩn ISO/IEC 17025 và hướng dẫn GUM. Đánh giá độ không đảm bảo đo loại A (thống kê quan trắc lặp lại), loại B (dựa trên thông số cấu kiện, chứng chỉ hiệu chuẩn, giả định phân bố xác suất chữ nhật hoặc tam giác), tính toán độ không đảm bảo đo chuẩn tổng hợp $u_c$ và độ không đảm bảo đo mở rộng $U = k \cdot u_c$ với hệ số phủ $k = 2$ (mức tin cậy 95%).

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa suy diễn mô hình toán học lý thuyết và chế tạo thực nghiệm kiểm chứng:

• Mô hình hóa và mô phỏng: Thiết lập phương trình sai số quang học, phân tích ảnh hưởng lệch tâm, độ nghiêng đĩa và độ ổn định tâm quay của ổ khí.
• Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo kết cấu cơ khí chính xác, gá đặt đầu đọc SMD-01, tích hợp ổ quay đệm khí, bố trí giao thoa kế laser hai tần số, lập trình thu nhận và xử lý tín hiệu trên phần mềm MATLAB và Microsoft Excel.
• Phương pháp so sánh vòng và so sánh song phương: Sử dụng tiêu chí chuẩn hóa $E_n$ để so sánh kết quả đo đa diện góc 24 mặt và hiệu chuẩn ống tự chuẩn trực giữa hệ thống chế tạo tại Việt Nam và chuẩn của Viện Nghiên cứu Chuẩn và Khoa học Hàn Quốc (KRISS): $$E_n = \frac{|x_{lab} - x_{ref}|}{\sqrt{U_{lab}^2 + U_{ref}^2}} \le 1$$

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc

Chương 1 hệ thống hóa các định nghĩa về góc phẳng, đơn vị radian, cấu trúc phân cấp chuẩn đo lường (chuẩn đầu, chuẩn thứ, chuẩn bậc I, II; chuẩn quốc tế, quốc gia, chuẩn chính, chuẩn công tác). Phân loại chi tiết các chuẩn góc nhỏ (ống tự chuẩn trực, thước sin, ni vô cơ khí/điện tử, căn mẫu góc) và chuẩn góc toàn vòng (đa diện góc, bàn phân độ 1440 của Moore & Tool, đĩa chia độ mã hóa RE).

Chương này đánh giá hiện trạng trang thiết bị đo góc tại Phòng Đo lường Độ dài - Viện Đo lường Việt Nam (VMI) tại thời điểm nghiên cứu:

Tên chuẩn	Ký mã hiệu	Hãng sản xuất	Đặc trưng kỹ thuật
Đa diện quang học 36 mặt	LE 3178	Hilger & Watts (Anh)	Góc danh nghĩa $10^\circ$; $U = 0,3''$
Đa diện quang học 24 mặt	LE 3537	Hilger & Watts (Anh)	Góc danh nghĩa $15^\circ$; $U = 0,3''$
02 Ống tự chuẩn trực	A142/12 137S	Hilger & Watts (Anh)	Phạm vi đo: $0 \sim 10'$; $U = 0,5''$
Bộ căn mẫu góc	Bộ 33 tấm N 233-461	-	Cấp chính xác 1; $U = 2''$

Từ phân tích năng lực hiệu chuẩn (CMCs) công bố tại BIPM (phần lớn độ không đảm bảo đo của ống tự chuẩn trực nằm trong khoảng $0,1'' \sim 0,3''$), luận án đề xuất mô hình chuẩn đo lường quốc gia gồm hai thành phần: Chuẩn góc toàn vòng gia số ($r = 0,1''$, $U = 0,3''$) và Bộ tạo góc nhỏ nguyên lý sin ($\pm 30'$, $U = 0,1'' \sim 0,3''$).

Chương 2: Cơ sở phương pháp xây dựng chuẩn góc toàn vòng

Chương 2 tập trung nghiên cứu mô hình toán học và công nghệ chế tạo chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ kiểu gia số:

• Nguyên lý vạch chia và đọc tín hiệu: Sử dụng đĩa chia độ có $N_G = 10.800$ vạch chia (chu kỳ vạch $C$), kết hợp một vạch gốc (Reference mark). Tín hiệu quang qua mặt nạ quét ảnh biến đổi thành hai tín hiệu điện áp hình sin lệch pha nhau $90^\circ$ ($1/4$ chu kỳ) để xác định chiều quay và đếm xung. Bộ nội suy điện tử 10 bit ($2^{10} = 1024$) nâng độ phân giải của hệ thống lên $0,1''$.
• Phân tích sai số: Xác định các nguồn sai số gồm sai số vị trí vạch chia in khắc, sai số chuyển động quay, sai số do độ nghiêng đĩa $\gamma$, và sai số do độ lệch tâm $e$ giữa tâm đĩa chia độ và tâm trục quay. Sai số lệch tâm gây ra sai số góc có dạng biến thiên điều hòa chu kỳ 1 vòng quay ($360^\circ$).
• Phương pháp tự hiệu chuẩn EDA (Equal Division Average): Xây dựng sơ đồ bố trí nhiều đầu đọc SMD-01 (khảo sát cấu hình nhóm 3 đầu đọc và nhóm 4 đầu đọc đối xứng và cách đều). Thuật toán EDA phân tích sai số đọc giữa các đầu đọc, dịch pha và lấy trung bình để triệt tiêu ảnh hưởng lệch tâm, đồng thời trích xuất sai số vị trí thực tế của từng vạch chia trên đĩa để lập bảng dữ liệu bù sai số.
• Chế tạo và tích hợp: Hệ thống được lắp ráp hoàn chỉnh gồm đĩa chia độ quang học, cụm đầu đọc phản xạ SMD-01, cơ cấu gá định vị, bộ nội suy tín hiệu và ổ quay đệm khí (Air bearing) nhằm triệt tiêu ma sát và ổn định tâm quay.
• Đánh giá kiểm chứng: Tiến hành tự hiệu chuẩn và tham gia đo so sánh song phương với Viện Nghiên cứu Chuẩn và Khoa học Hàn Quốc (KRISS) trên đa diện góc 24 mặt. Kết quả kiểm chứng khẳng định chuẩn góc toàn vòng đạt độ phân giải $0,1''$, độ không đảm bảo đo mở rộng $U = 0,3''$ và giá trị $|E_n| \le 1$.

Chương 3: Cơ sở phương pháp xây dựng chuẩn góc nhỏ

Chương 3 trình bày cơ sở lý thuyết, tính toán thiết kế và chế tạo bộ tạo góc nhỏ kiểu cơ quang:

• Cơ sở lý thuyết nguyên lý sin: So sánh hai mô hình lượng giác tang và sin. Mô hình thước tang có nhược điểm là điểm tỳ trượt thay đổi tạo khe hở, làm thay đổi khoảng cách danh nghĩa $OC$. Mô hình sin giữ cố định chiều dài cánh tay đòn $L = OA$, khắc phục được sai số vị trí tiếp xúc và nâng cao độ chính xác góc nhỏ.
• Phương pháp đo chiều dài cánh tay đòn $L$: Độ chính xác của bộ tạo góc nhỏ phụ thuộc vào sai số đo độ dịch chuyển $h$ và sai số xác định chiều dài $L$ giữa hai tâm ảo của hai gương góc phản xạ. Luận án đề xuất phương pháp đo khoảng cách hai tâm ảo bằng cảm biến vị trí quang học CCD kết hợp giao thoa kế laser hai tần số, đạt độ không đảm bảo đo xác định chiều dài cánh tay đòn là $2,1\ \mu\text{m}$.
• Đánh giá các thành phần độ không đảm bảo đo:
  • Thành phần từ giao thoa kế laser $u_f(h)$ (bước sóng laser, chiết suất không khí, góc lệch tia laser).
  • Thành phần do gá đặt và căn chỉnh hệ thống $u_a(h)$.
  • Thành phần từ phép đo chiều dài cánh tay đòn $u(L)$, gồm độ không đảm bảo đo xác định tâm ảo $u(L_C)$ và độ không đảm bảo đo do giãn nở nhiệt của vật liệu cánh tay đòn $u_E(L)$.
• Chế tạo và thử nghiệm: Bộ tạo góc nhỏ được chế tạo gồm cánh tay đòn mang 2 gương góc, cơ cấu dịch chuyển vi cấp, ổ quay chính xác và giao thoa kế laser hai tần số. Thiết bị đạt phạm vi đo $\pm 30'$, độ không đảm bảo đo mở rộng $U = 0,08''$. Kết quả so sánh hiệu chuẩn ống tự chuẩn trực với KRISS cho thấy các sai lệch đo đều thỏa mãn điều kiện tương thích quốc tế $|E_n| \le 1$.

Chương 4: Xây dựng hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc

Chương 4 hoàn thiện việc tích hợp và xây dựng quy trình duy trì, dẫn xuất chuẩn:

• Tích hợp hệ thống: Kết hợp chuẩn góc toàn vòng gia số và bộ tạo góc nhỏ thành một hệ thống chuẩn đo lường quốc gia hoàn chỉnh, đồng bộ về mặt cơ khí, điều khiển và phần mềm xử lý dữ liệu.
• Sơ đồ dẫn xuất chuẩn đo lường góc: Thiết lập chuỗi liên kết chuẩn từ đơn vị dẫn xuất SI (radian) và chuẩn tự nhiên (vòng tròn khép kín) truyền đến hệ thống chuẩn quốc gia, từ đó sao truyền xuống các chuẩn chính, chuẩn công tác (đa diện góc, ống tự chuẩn trực) và các phương tiện đo góc tại các cơ sở kỹ thuật trên toàn quốc.
• Xây dựng quy trình hiệu chuẩn ống tự chuẩn trực: Sử dụng bộ tạo góc nhỏ làm chuẩn phát góc, xác định điểm gốc kiểm ban đầu, thiết lập bảng tính độ không đảm bảo đo hiệu chuẩn ống tự chuẩn trực.
• Xây dựng quy trình hiệu chuẩn đa diện góc: Sử dụng chuẩn góc toàn vòng gia số kết hợp ống tự chuẩn trực làm hệ chỉ thị số không, áp dụng nguyên lý vòng tròn khép kín để xác định góc giữa các mặt đo của đa diện góc và đánh giá độ không đảm bảo đo của phép hiệu chuẩn.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới của luận án

1. Làm chủ phương pháp tự hiệu chuẩn đĩa chia độ gia số: Xây dựng thành công thuật toán và chương trình xử lý số liệu dựa trên phương pháp trung bình phân đoạn bằng nhau (EDA). Phương pháp này cho phép xác định chính xác sai số vị trí từng vạch chia, sai số lệch tâm và sai số nghiêng đĩa để bù sai số, phục vụ chế tạo chuẩn góc toàn vòng gia số đạt độ phân giải $0,1''$ và độ không đảm bảo đo mở rộng $U = 0,3''$.
2. Đề xuất phương pháp đo khoảng cách tâm ảo cánh tay đòn: Xây dựng mô hình lý thuyết bộ tạo góc nhỏ nguyên lý sin và đề xuất phương pháp đo khoảng cách giữa hai tâm ảo của hai gương góc bằng cảm biến quang học CCD kết hợp giao thoa laser, đạt độ chính xác xác định độ dài cánh tay đòn đến $2,1\ \mu\text{m}$. Chế tạo thành công bộ tạo góc nhỏ phạm vi đo $\pm 30'$ với độ không đảm bảo đo mở rộng đạt $U = 0,08''$.
3. Đánh giá và kiểm chứng độ chính xác theo chuẩn quốc tế: Thiết lập phương pháp đánh giá độ không đảm bảo đo chuẩn hóa và thực hiện so sánh vòng song phương với Viện Nghiên cứu Chuẩn và Khoa học Hàn Quốc (KRISS). Trị số $|E_n| \le 1$ khẳng định độ chính xác và tính tương thích quốc tế của hệ thống chuẩn chế tạo.
4. Xây dựng hệ thống chuẩn và quy trình dẫn xuất đo lường: Tích hợp hoàn chỉnh hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại Việt Nam, xây dựng sơ đồ dẫn xuất chuẩn cùng quy trình hiệu chuẩn chuẩn hóa cho ống tự chuẩn trực và đa diện góc.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Đưa hệ thống thiết bị đã chế tạo vào vận hành chính thức làm Chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc phẳng tại Viện Đo lường Việt Nam.
• Ứng dụng hệ thống chuẩn để chủ động thực hiện kiểm định, hiệu chuẩn đa diện quang học, ống tự chuẩn trực, thiết bị mã hóa góc quay và các máy đo góc chuyên dụng cho các cơ sở công nghiệp, viện nghiên cứu và trường đại học trong nước.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Phạm vi làm việc của bộ tạo góc nhỏ giới hạn trong khoảng $\pm 30'$, chưa mở rộng ra các dải đo góc nhỏ lớn hơn bằng giao thoa kế đa kênh. Chuẩn góc toàn vòng sử dụng đĩa chia độ gia số $10.800$ vạch đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt các điều kiện môi trường phòng thí nghiệm (nhiệt độ, rung động) để duy trì độ ổn định của ổ quay đệm khí và hệ thống nội suy tín hiệu.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiếp tục nâng cấp, tự động hóa hoàn toàn quy trình tự hiệu chuẩn cho đĩa chia độ góc quay.
  • Mở rộng dải đo của bộ tạo góc nhỏ và tham gia các chương trình so sánh liên phòng quốc tế đa phương trong khuôn khổ Ủy ban Cân đo Quốc tế (CIPM MRA) nhằm đăng ký năng lực đo và hiệu chuẩn (CMCs) của Việt Nam trên cơ sở dữ liệu của BIPM.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Luận án là tài liệu tham khảo chuyên sâu trong các chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí, Cơ khí chính xác và Quang học, Đo lường và Điều khiển tự động. Đặc biệt có giá trị ở phần thuật toán xử lý dữ liệu tự hiệu chuẩn EDA, kỹ thuật đo quang điện tử và phương pháp ước lượng độ không đảm bảo đo theo tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 17025.
• Đối với kỹ sư và chuyên viên đo lường: Cung cấp giải pháp kỹ thuật thực tế để thiết kế cụm ổ quay đệm khí, hệ thống định vị đầu đọc quang học SMD-01, tích hợp giao thoa kế laser hai tần số và quy trình hiệu chuẩn chuẩn hóa cho đa diện góc và ống tự chuẩn trực.
• Đối với các nhà quản lý và hoạch định chính sách đo lường: Cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để hoàn thiện quy hoạch mạng lưới chuẩn đo lường quốc gia, giúp chủ động duy trì tính liên kết chuẩn đo lường độ dài và góc tại Việt Nam.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc do luận án chế tạo gồm những thành phần nào và thông số kỹ thuật ra sao?

Hệ thống gồm hai thành phần chuẩn chính:

1. Chuẩn góc toàn vòng gia số: Sử dụng đĩa chia độ quang học $10.800$ vạch chia kết hợp bộ nội suy tín hiệu điện tử $2^{10}$ bit ($1024$), ổ quay đệm khí, đạt độ phân giải $0,1''$ và độ không đảm bảo đo mở rộng $U = 0,3''$.
2. Bộ tạo góc nhỏ theo nguyên lý sin: Sử dụng cánh tay đòn mang 2 gương góc phản xạ kết hợp giao thoa kế laser hai tần số, phạm vi đo $\pm 30'$, độ không đảm bảo đo mở rộng $U = 0,08''$.

2. Phương pháp tự hiệu chuẩn EDA trên chuẩn góc toàn vòng giải quyết các dạng sai số nào?

Phương pháp trung bình phân đoạn bằng nhau (EDA) bố trí nhiều đầu đọc đối xứng và cách đều trên đĩa chia độ, áp dụng nguyên lý vòng tròn khép kín ($\sum a_i = 0$). Phương pháp này cho phép phân tách và triệt tiêu sai số lệch tâm giữa tâm đĩa và tâm trục quay, bù trừ sai số do độ nghiêng đĩa chia độ, đồng thời xác định chính xác sai số vị trí của từng vạch chia trên toàn bộ vòng tròn $360^\circ$.

3. Luận án giải quyết khó khăn khi xác định chiều dài cánh tay đòn trong bộ tạo góc nhỏ bằng cách nào?

Khoảng cách giữa hai tâm ảo của hai gương góc trên cánh tay đòn là kích thước quyết định đến độ chính xác tạo góc theo nguyên lý sin nhưng không thể đo trực tiếp bằng phương pháp tiếp xúc cơ học. Luận án đã đề xuất phương pháp đo khoảng cách tâm ảo bằng cảm biến vị trí quang học CCD kết hợp với giao thoa kế laser, đạt độ không đảm bảo đo chiều dài cánh tay đòn là $2,1\ \mu\text{m}$.

4. Kết quả kiểm chứng độc lập của hệ thống chuẩn được thực hiện như thế nào?

Hệ thống chuẩn được kiểm chứng thông qua so sánh song phương với Viện Nghiên cứu Chuẩn và Khoa học Hàn Quốc (KRISS). Các phép đo so sánh hiệu chuẩn trên đa diện quang học 24 mặt (dùng chuẩn toàn vòng) và hiệu chuẩn ống tự chuẩn trực (dùng bộ tạo góc nhỏ) đều đạt tiêu chuẩn đánh giá quốc tế với hệ số chuẩn hóa $|E_n| \le 1$.

5. Hệ thống chuẩn mới thay đổi hoạt động đo lường góc tại Việt Nam như thế nào?

Trước khi có đề tài, Việt Nam chỉ có các chuẩn góc rời rạc với độ chính xác hạn chế và định kỳ phải chuyển ra nước ngoài hiệu chuẩn. Hệ thống chuẩn mới thiết lập chuỗi dẫn xuất chuẩn hoàn chỉnh trong nước, cho phép tự hiệu chuẩn và chủ động kiểm định, hiệu chuẩn các thiết bị đo góc chính xác cao (đa diện góc, ống tự chuẩn trực, máy đo góc, máy trắc đạc) cho các cơ sở nghiên cứu và sản xuất trên toàn quốc.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Bùi Quốc Thụ đã xác lập đầy đủ cơ sở lý thuyết và chế tạo thực nghiệm thành công hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc phẳng tại Việt Nam. Công trình đã làm chủ phương pháp tự hiệu chuẩn EDA cho chuẩn góc toàn vòng gia số ($U = 0,3''$) và phát triển kỹ thuật đo khoảng cách tâm ảo cánh tay đòn cho bộ tạo góc nhỏ nguyên lý sin ($U = 0,08''$). Kết quả so sánh liên phòng với KRISS đạt tiêu chí $|E_n| \le 1$, khẳng định hệ thống chuẩn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của chuẩn đo lường quốc gia và hoàn toàn có khả năng thay thế việc gửi thiết bị đi hiệu chuẩn ở nước ngoài.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHUẨN ĐO LƯỜNG QUỐC GIA LĨNH VỰC GÓC Nội dung nghiên cứu trong chương này bao gồm các vấn đề sau: - Tổng quan về hệ thống chuẩn đo lường nói chung và hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc phẳng, chuẩn và phương tiện đo góc. - Nghiên cứu phương pháp thiết lập chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc của một số viện đo lường quốc gia trên thế giới. Phân tích các hệ thống chuẩn góc của một số viện đo lường quốc gia, trên cơ sở đó xác định hướng nghiên cứu thiết lập hệ thống chuẩn đo lường quốc gia lĩnh vực góc tại Việt Nam. Góc và hệ thống chuẩn đo lường 1.

Khái niệm về góc Góc phẳng  là phần mặt phẳng được giới hạn bởi 2 tia Oa và Ob có chung một điểm gọi là đỉnh góc hình 1., Oa tia đầu và Ob tia cuối, và đỉnh góc O (điểm giao nhau của hai tia). Một góc được coi là góc dương khi có chiều quay tia đầu Oa đến tia cuối Ob ngược chiều kim đồng hồ và ngược lại.1: a) Định nghĩa góc b) Định nghĩa radian Góc θ là góc được tạo bởi hai tia bán kính của đường tròn hình 1.1b, giá trị độ lớn của góc θ được xác định bằng tỷ số giữa chiều dài cung s và chiều dài bán kính của vòng tròn đó s θ= (1.1) r Trong hệ đơn vị quốc tế SI radian là tên gọi của đơn vị góc được định nghĩa như sau: 21 “Radian là góc tạo bởi hai tia bán kính của vòng tròn cắt trên vòng tròn đó một cung có độ dài bằng với bán kính” (hình 1. Một số góc tương đối đặc biệt, đó là góc 0 rad, góc vuông π/2 rad, góc đầy 2π rad và góc bẹt π rad. Góc 0o được thiết lập trên cơ sở hai tia bán kính trùng nhau o=0o.

Góc đầy 2π rad là phép quay của bán kính sao cho hai bán kính chồng lên nhau sau khi quay hết một vòng. Góc bẹt có giá trị là π rad khi đó hai tia bán kính nằm trên cùng một đường thẳng. Các góc đặc biệt này được dùng làm cơ sở lý thuyết để xây dựng các phương pháp hiệu chuẩn góc dựa trên nguyên lý sử dụng góc đầy 360o (vòng tròn khép kín) hay góc bẹt 180o (đường thẳng) làm chuẩn để thực hiện việc bù sai số khi đo góc [7,30]. Hệ thống chuẩn đo lường 1.

Chuẩn đo lường Chuẩn đo lường, hay gọi tắt là chuẩn, được định nghĩa như sau: “Chuẩn đo lường là sự thể hiện định nghĩa của đại lượng đã cho, với giá trị đại lượng được công bố và độ không đảm bảo kèm theo, dùng làm mốc quy chiếu” [2]. Như vậy, chuẩn đo lường chính là sự thể hiện bằng vật chất độ lớn của đơn vị đo lường theo định nghĩa. Về bản chất, chuẩn cũng là các thiết bị đo lường, nhưng khác các thiết bị đo lường thông thường ở chỗ các thiết bị đo này không dùng cho các phép đo thực tế hàng ngày, nó chỉ dùng để đặc trưng cho đơn vị, để truyền đơn vị đến các chuẩn, phương tiện đo có độ chính xác thấp hơn, như dùng để kiểm định, hiệu chuẩn, đánh giá thiết bị đo và các phép đo, để khắc độ thiết bị đo khi chế tạo. Hệ thống chuẩn đo lường Hệ thống chuẩn đo lường là cơ sở kỹ thuật quan trọng nhất để đảm bảo tính thống nhất và độ chính xác cần thiết của phép đo trong phạm vi quốc gia và quốc tế.

Có thể phân loại chuẩn theo độ chính xác hoặc mục đích sử dụng. Dạng 1 căn cứ vào độ chính xác có thể phân loại chuẩn thành chuẩn đầu, chuẩn thứ, chuẩn bậc I, bậc II,III. Chuẩn đầu: Là chuẩn được chỉ định hay được thừa nhận rộng rãi là có chất lượng về mặt đo lường cao nhất và giá trị của nó được chấp nhận không dựa vào các chuẩn khác của cùng đại lượng. Khái niệm chuẩn đầu được dùng như nhau đối với đại lượng cơ bản và cả đại lượng dẫn xuất.

Chuẩn thứ: Là chuẩn mà giá trị của nó được xác định bằng cách so sánh với chuẩn đầu của cùng đại lượng. Chuẩn bậc I: Là chuẩn mà giá trị của nó được xác định bằng cách so sánh với chuẩn thứ của cùng đại lượng. Chuẩn bậc II: Là chuẩn mà giá trị của nó được xác định bằng cách so sánh với chuẩn Bậc I của cùng đại lượng Độ chính xác của chuẩn sẽ giảm dần từ chuẩn đầu đến chuẩn thứ, chuẩn bậc I, chuẩn bậc II.có thể sử dụng sơ đồ kim tự tháp để minh hoạ cách phân loại chuẩn nêu trên. 22 Số bậc N bằng bao nhiêu là tuỳ thuộc yêu cầu của từng lĩnh vực đo.

Lĩnh vực độ dài có chuẩn đầu, chuẩn thứ, chuẩn bậc I,II,.,N, như trên hình 1.2: Sơ đồ minh họa phân chia chuẩn Dạng 2: Căn cứ theo chức năng, mục đích sử dụng có thể phân loại chuẩn thành: chuẩn quốc tế, chuẩn quốc gia, chuẩn chính, chuẩn công tác. Chuẩn quốc tế: Là chuẩn được một hiệp định quốc tế công nhận, để làm cơ sở ấn định giá trị cho các chuẩn khác của đại lượng có liên quan trên phạm vi quốc tế. Chuẩn quốc gia: Chuẩn đo lường được công nhận bởi cơ quan thẩm quyền quốc gia, để dùng trong một nước hoặc nền kinh tế, là cơ sở ấn định giá trị đại lượng cho các chuẩn đo lường khác của loại đại lượng có liên quan. Chuẩn chính: Là chuẩn thường có chất lượng cao nhất về mặt đo lường có thể có ở một địa phương hoặc một tổ chức xác định mà các phép đo ở đó đều được dẫn xuất từ chuẩn này.

Chuẩn công tác: Là chuẩn được dùng thường xuyên để hiệu chuẩn hoặc kiểm tra vật đọ, phương tiện đo hoặc mẫu chuẩn. Chuẩn công tác thường xuyên được hiệu chuẩn bằng cách so sánh với chuẩn chính. Chuẩn đo lường góc Hiện nay người ta nhìn nhận, chia các chuẩn góc thông dụng ra làm hai loại chính, phổ quát tất cả các chủng loại chuẩn và phương tiện đo góc trong thực tế, đó là: + Chuẩn góc lớn, phạm vi góc đến 360o hoặc lớn hơn 360 o ( chuẩn góc toàn vòng). + Chuẩn góc nhỏ, phạm vi góc nhỏ hơn 1o (chuẩn góc nhỏ) 23 1.

Các dạng chuẩn góc nhỏ 1. Ống tự chuẩn trực ( Autocollimator) Ống tự chuẩn trực là loại chuẩn góc nhỏ chính xác, thường được dùng để xác định vị trí, sai lệch về độ song song, độ thẳng, và độ vuông góc, (hình 1.3: a) Ống tự chuẩn trực; b) Sơ đồ nguyên lý [13] Nguyên lý hoạt động của ống tự chuẩn trực thể hiện trên hình 1.3b: chùm sáng từ nguồn sáng 1 sau khi rọi vào tấm kính 2 có vạch chữ thập đi qua một hệ thống quang học bao gồm bộ tách tia 3 và thấu kính hội tụ 4 và gương phẳng 5, ảnh của vạch chữ thập sẽ hiện lên tấm kính chuẩn 6. Nếu gương 5 nghiêng đi một góc α chùm tia phản xạ sẽ bị lệch đi một góc 2 α và ảnh vạch chữ thập sẽ dịch chuyển một đoạn d. Xác định được đoạn dịch chuyển d sẽ tính được góc lệch α theo công thức 1.4) f Trong trường hợp α nhỏ ta có α  tan α d d 2α ≈ ; α ≈ (1.5) f 2f Trong đó: f tiêu cự của thấu kính hội tụ của ống tự chuẩn trực.

Để tạo ra các góc chuẩn người ta xác định giá trị góc qua khoảng cách dịch chuyển d, có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau như dùng panme thị kính đối với ống tự chuẩn trực kiểu cơ khí. Đối với ống tự chuẩn trực điện tử hiện số để xác định khoảng dịch chuyển d, người ta thường sử dụng cảm biến CCD camera dựa trên nguyên tắc xử lý tín hiệu ảnh. Đặc điểm của ống tự chuẩn trực là đoạn dịch chuyển d không phụ thuộc vào khoảng cách giữa gương và ống tự chuẩn trực. Ống tự chuẩn trực là chuẩn góc có phạm vi đo góc 24 nhỏ đạt độ chính xác cao (0,01đến 0,5) do vậy ống tự chuẩn trực được sử dụng nhiều trong các hệ thống chuẩn đo lường góc [15].

Thước sin (Sine bar) Thước sin được chế tạo bằng thép có độ cứng cao có cấu tạo như hình 1.4 a, bao gồm mặt phẳng chuẩn được gắn 2 con lăn hình trụ tròn đường kính D. Đường trục của hai con lăn trụ tròn song song với nhau và song song mặt phẳng chuẩn, khoảng cách c giữa hai trục trụ tròn chính là kích thước chính của thước sin. Nguyên lý hoạt động của thước sin dựa trên mối quan hệ lượng giác giữa các cạnh và góc của tam giác vuông ABC hình 1.6) c Trong thực tế sử dụng để tạo ra kích thước a người ta sử dụng tổ hợp căn mẫu song phẳng, thước sin có thể tạo ra góc θ có độ chính xác cao (0,2 – 2) phạm vi góc đến 45o. Mặt phẳng chuẩn A Con lăn Hình 1.4: a) Thước sin, b) Nguyên lý làm việc [35] 1.

Ni vô Ni vô là thiết bị chuẩn để xác định độ lệch so với phương nằm ngang, ni vô có hai loại chính: Ni vô cơ khí ( chỉ thị bọt nước) được thể hiện trên hình 1. Ni vô điện tử ( chỉ thị số) (hình 1. Độ chính xác của ni vô có thể đạt: 0,001 mm/m  0,2 . Ni vô dùng để lắp đặt căn chỉnh máy móc và thiết bị so với phương nằm ngang, hoặc để đo độ phẳng, độ thẳng của các bề mặt chi tiết gia công, băng máy[13,33].5: Ni vô a) Ni vô cơ khí; b) Ni vô điện tử [33] 25 1.

Chuẩn góc dạng căn mẫu Chuẩn góc dạng căn mẫu góc là mẫu chuẩn góc có hình dạng là hình tam giác được chế tạo bằng thép hoặc ceramic có độ cứng cao, giá trị góc giữa hai mặt đo được gọi là giá trị góc của căn mẫu được thể hiện trên hình 1.6:a) Chuẩn góc dạng căn mẫu góc, b) Sơ đồ ghép căn mẫu góc Giá trị góc θ được xác định là góc được tạo bởi hai mặt đo của căn mẫu góc, các miếng căn mẫu góc được kết hợp với nhau tạo thành bộ có giá trị đo góc khác nhau ví dụ 1o,2o,3o 4o, 5o, 6o, 7o,8o, 9o,10o20o,30o. Căn mẫu góc được sử dụng tương tự như đối với căn mẫu song phẳng, để tạo ra các giá trị đo góc khác nhau ta có thể ghép các tấm căn mẫu góc với nhau như trên hình 1.6 b, trong trường hợp này giá trị góc được xác định:  = 1 - 2 +3. Độ chính xác của căn mẫu góc nằm trong khoảng 1” đến 5”, và nó thường được dùng làm chuẩn để hiệu chuẩn các thiết bị đo góc có độ chính xác thấp hơn như dụng cụ đo góc thông thường [3,15].